rand 함수로 만든 난수는 진짜로 난수 일까?

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평소 써오던 rand 함수에 대해 의문이 생겼습니다.

rand 함수의 동작방식을 이해하고, 정말 난수인지를 확인해 보았습니다.

난수 생성을 위한 함수들

srand, rand, time

srand

rand() 에서 생성되는 난순열의 기준을 초기화 합니다.

  • cstdlib 헤더 안에 있습니다.
  • srand(seed)
    • seed 값에 따라서, 새로운 난순열을 만들어냅니다.
  • 동일한 seed 값이 들어간다면, 매번 같은 난순열을 출력하게 됩니다.
  • 이를 방지하기 위해 time함수를 이용합니다.

time

현재 시간을 구합니다.

  • ctime 헤더안에 있습니다.
  • 현재 시간을 time_t 형식으로 구합니다.
    • 1970-01-01-00시 (UTC) 부터 지금까지 흐른 시간을 초로 나타냅니다.
  • time(argument)
    • argument에는 리턴된 시간초를 담고 싶은 time_t 데이터형 변수를 넣으면 됩니다.
    • time 함수자체의 리턴값으로도 시간초를 주기 때문에, 인자를 NULL 로 주며 리턴값을 이용해도 상관없습니다.
1
2
3
    //두 방식은 완전히 동일하게 수행합니다.
    time_t a; time(&a)
    time_t b = time(NULL)
  • 즉 time 함수를 이용하여 런타임 도중에 다른 seed 값을 넣어 줄 수 있게됩니다.

rand

난순열를 만들어 냅니다.

  • cstdilb 헤더 안에 있습니다.
  • rand()
    • srand 함수의 seed 값을 기준으로 초기화된 난순열을 만들어내 리턴합니다.

정말 난수일까?

사실 이글을 작성하는 가장 큰 목적입니다.

  • 이전까지 위에 열거한 세개의 함수를 이용해 난수를 만들어 왔습니다.
  • 하지만 이렇게 만들어진 숫자가 정말 난수인가? 라는 의문이 생겼습니다.

결론부터, 난수가 아니다.

위에서 열거한 방법대로 만들어지는 난수는, 의사 난수 입니다.

Seed값은 1초에 한번씩 변한다

현대에는 한 컴퓨터에서 여러 프로그램을 동시에 돌릴 수 있습니다

  • 만약 같은 방식으로 난수를 만들어내는 프로그램이 동시에 돌아가고 있다면?
    • 두 프로그램에서 같은 숫자가 나올것 입니다.
    • 이것이 난수일까요?

rand 의 최대 리턴값이 정해져있다.

한정된 범위의 난수를 만들어 내고 싶을때 문제가 됩니다.

  • 제가 만약 0 ~ 9 사이의 난수를 만들어내고 싶다면 rand() % 10로 만들어 내겠죠.
  • 하지만 rand()의 리턴 최대값이 11 이라면
  • 1 이 나올수 있는 경우의 수는 한개가 더 생깁니다.
  • 모든 수가 등장할 확률이 같지 않습니다.

진짜 난수를 만드려면 어떻게 해야할까?

C++에서는 가능합니다.

  • C++에서는 <random> 라이브러리를 통해 진짜 난수를 제공한다고 합니다.
  • 이 부분에 대한 내용은 체력상의 문제로 나중에 이어 작성하려고 합니다 2020-05-04
  • 지금 당장 궁금하신 분들은 링크 에 가셔서 찾아보셔도 좋겠습니다.

그래도 예제는 있어야 겠죠.

rand()함수를 이용하여 난수를 만들어 봅니다.

  • 코드가 심심하여 quick sort를 구현해 정렬하는 코드를 추가 했습니다.

Code

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#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int n = 4;
int arr[n];

void Print_arr() {
    for (int it : arr)
        cout << it << " ";
    cout << "\n";
}

void q_sort(int s, int e) {
    if (s >= e) return;

    int mid = s + (e - s) / 2;
    int pivot = arr[mid];

    int left = s - 1, right = e + 1;

    while (1) {
        while (arr[++left] < pivot);
        while (arr[--right] > pivot);

        if (left >= right) break;

        swap(arr[left], arr[right]);
    }

    q_sort(s, left - 1);
    q_sort(right + 1, e);
}



int main()
{
    srand(time(NULL));

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        arr[i] = rand() % 100;
    }

    Print_arr();
    q_sort(0, n - 1);
    Print_arr();

    return 0;
}

결과

1
2
73 62 16 92
16 62 73 92

Reference

  • http://www.cplusplus.com/
  • https://modoocode.com/